Montag, 8. März 2010

Hagelsturmvideos aus Melbourne und Superzellen Teil 2

Hallo,


als Nachtrag möchte ich noch die folgenden 2 Videos nachreichen, die östlich von Melbourne in der Region Ferntree Gully geschossen wurden. Tw. erreichen die Hagelschlossen Tennisballgrösse (ca. 8cm).



und





Soviel dazu. Im Weiteren möchte ich mich noch mal vertiefend mit der doch recht komplexen Materie von gestern beschäftigen, wie im Rahmen von kleinräumigen Gewitterzellen Drehung erzeugt werden kann. Da hab ich die Vorticitygleichung erwähnt und leider ein bissl was verschwiegen. Eigentlich sind bei Superzellen 2 Terme davon relevant, nicht nur allein der Twisting/Tilting Term.


Eigentlich ganz logisch, gibt es eine Kopplung von Divergenz/Konvergenz mit der Drehung. Wenn nämlich schon Drehung in einem Strömungsfeld vorhanden ist und dieses auch noch konvergiert, so nimmt lokal die Drehung zu, da der Drehimplus erhalten bleibt, wird die Drehung sozusagen aufkonzentriert. Man kennt das aus der Badewanne. Ein bisschen Drehimpuls ist in jeder Wanne vorhanden, wenn man den Stöpsel zieht, alles konvergiert in Richtung Abfluss, und es bildet sich der bekannte gurgelnde Trichter. Die Drehrichtung kann vom Badewannenbenutzer gesteuert werden (zahlreiche Selbstexperimente hab ich da schon hinter mir..).

Ich hab das nochmals in folgender Grafik zusammengefasst:




Eingerahmt der entsprechende Term in der Gleichung. Er sagt aus, dass die Drehung durch Konvergenz in einem schon rotierenden Feld ansteigt. Als Beispiel hab ich ein spiralförmiges Einströmen aufgezeichnet, die Farbintensität gibt die Drehung wider, die zum Zentrum hin natürlich zunimmt, aber auch zeitlich zunimmt.

Dieser Term ist wesentlich für die Erzeugung von Drehung in den untersten Schichten, also unter der Gewitterwolke. Es ist recht leicht einzusehen, dass am Boden, wenn irgendwo schon ein starker Aufwindschlauch vorhanden ist, ein konvergentes, zufließendes Windfeld vorhanden sein muss, denn, die Luft die nach oben abtransportiert wird, muss ja aus der Umgebung ersetzt werden. Und etwas Rotation ist von vornhinein auch schon immer da, diese wird durch die Konvergenz (siehe Grafik) Richtung Aufwindschlauch potenziert. Das ist dann schon recht viel Drehung im Bereich des Aufwindschlauch. Zusätzlich anheizen können jetzt noch die Downdrafts, so diese in die Nähe des Aufwindschlauches kommen, kann die Rotation schlussendlich so heftig werden, dass die Strömung zyklostrophisch wird, die Druckgradientkraft nur noch im Gleichgewicht mit der Zentrifugalkraft steht. Landläufig nennt man das dann Tornado.

Dann noch eine Grafik zum Twisting/Tilting Term


Auch dieser ist eingerahmt. Man stelle sich ein wie in Grafik I ein Windfeld vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Geschwindigkeit mit der Höhe stark zunimmt.

Weiters stellt man sich unter einem Gewitter ein kreisförmiges Gebiet mit Aufwind vor (blaues Kreiserl mit Aufwind wie in II)

Grafik III zeigt dann einfach wie das Windfeld auf der Höhe z4 (siehe dazu I) aussieht, wenn Luft von z1 auf z4 gehoben wird und dabei den Horizontalimpuls beibehält. Aufgrund der Scherung erhalten wir im unteren Bereich einen zyklonalen Wirbel (roter Kreis), im nördlichen Bereich einen antizyklonalen Wirbel (blauer Kreis). Das erklärt im Prinzip warum mehr oder weniger die ganze Zelle mit der Zeit in Drehung versetzt wird, und all diese Grauslichkeiten wie Großhagel etc .. auftreten können.


Zusammengefasst: Differentielle Hebung in mit der Höhe stark scherendem Wind erzeugt Rotation mit vertikaler Achse im gesamten Hebungsbereich, und zwar umso stärker je stärker die Strömung schert und je stärker der Aufwind ist (Labilität !) 

Konvergente Bodenwinde unter dem Aufwindschlauch der Zelle erhöhen die Grundrotation des Bodenwindfeldes. Diese Grundrotation kann durch das Einscheren der Downdrafts merklich erhöht werden, bis der Audwindbereich möglicherweise so heftig rotiert, dass die Strömung zyklostrophisch wird.

 Im Detail verläuft die Tornadobildung natürlich komplexer und da brauchts mehr als die einfache Vorticitygleichung zur *Erklärung*. Das Prinzip zeigt sie aber auf.

Ich weiß schon, das ist nichts was man sich mal 5 Minuten beim Kaffee durchlesen kann,  aber wenn man sich ein bissl Zeit nimmt, kann man anhand dieser vereinfachten Annahmen auch ohne viel Mathe nachvollziehen, warum *es rotiert*.

Lg


Manfred

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